Полный текст

Введение. На кабельных предприятиях проволоку получают путём волочения - протягивания катанки через ряд волок необходимого диаметра. Имеет огромное значение качество волочильного инструмента. 1. Структура волочильного инструмента и типы износа волоки. Волоки для волочения проволоки имеют определенную конструкцию и изготавливаются из твёрдых сплавов (победит, технический алмаз (ND), монокристалл (SSCD) и поликристалл (PCD)). Выбор данных материалов позволяет увеличить износостойкость инструмента. Конструкция волоки приведена на рис. 1. Рис. 1. Конструкция волоки Волока имеет пять зон. Вход обеспечивает подачу смазочного материала и проволочной заготовки к обжимающему конусу и рабочему пояску. Плавный переход к началу рабочего конуса служит для того, чтобы на переходе не было резких граней. Стандартный угол входа для волоки равен 60 °С, длина 0,1-0,3 от высоты h [1, 2]. Рабочий конус, самая важная часть волоки, необходим для деформации (сужения) проволоки. Угол рабочего конуса равен 12-20 °С, длина 0,4 - 0,6×h [1, 2]. Характеристики рабочего канала (калибрующего пояска) определяют качество поверхности и диаметр проволоки. Его длина обычно составляет 20-50 % от номинального размера диаметра [1]. Выходная зона - участок с гладко отшлифованной поверхностью, обеспечивающий плавную подачу проволоки из рабочего пояска, сводящий к минимуму скобление проволоки, вызванное ее смещением. На выходе проволока вытягивается из волоки. Высота выхода должна быть достаточной для обеспечения сопротивления продольному механическому усилию, создаваемому процессом волочения. Точка, где проволока соприкасается с поверхностью рабочего конуса, очень важна для процесса волочения. Для большинства волок контакт должен иметь место между 1/3 и 2/3 высоты поверхности рабочего конуса, чтобы обеспечить хорошую деформацию металла. Кольцо износа в первую очередь образуется непосредственно под точкой вхождения [2]. Точки контакта проволоки с волокой можно увидеть на рис. 2. Рис. 2. Точки контакта проволоки с волокой При выборе материала для производства волок учитывают его твёрдость, теплопроводность и сопротивление радиальному разрушению. Сравнения физических свойств приведены в табл. 1. Таблица 1 Физические свойства материала Свойства PCD ND SSCD Победит Твёрдость, ГПа 50 88-118 50-100 50 Теплопроводность, Вт/(м·К) 500-600 800-2300 600-2200 29,33 Сопротивление радиальному разрушению, ГПа 1,8 2,0 2,9 1,5 По мере использования существует несколько типов износа: образование кольца износа, полос царапин, трещин, сколов в алмазах [1, 3, 15]. При волочении проволока уменьшается в диаметре и удлиняется в рабочем конусе. С этой границы проволока соприкасается с поверхностью алмаза и начинает формировать кольцо. Это кольцо износа становится глубже по мере того, как проволока проходит через волоку. Полосы являются показателями тяжелого или чрезмерного износа. Полосы обычно начинаются на кольце износа и проходят до рабочего канала вдоль конуса обжатия. Как только полосы достигают калибрующей зоны и входят в неё, поверхность проволоки быстро ухудшается и размер резко увеличивается. Трещины могут появляться в том случае, если волока чрезмерно изношена, имеет резкое сужение или испытывает большое напряжение волочения. Но из-за кольца износа визуально их можно не увидеть. Если трещина находится между кольцом износа и рабочим каналом, волоку обычно разрушают или выбрасывают. Когда трещина находится выше кольца износа, волока может быть отремонтирована, так как трещина располагается вне рабочей зоны волоки. Другим последствием износа может быть скалывание материала с поверхности алмаза, называемое «сколами» в натуральных или синтетических монокристаллических алмазах и «вылетающими частичками» в PCD. Особенно это может происходить в PCD-волоках с крупным зерном или в ND и SSCD-волоках из-за собственной структуры алмаза, особенно в крупных размерах [1, 4-8]. 2. Ремонт волоки и результаты расчёта эффективности использования волочильного инструмента из алмаза и победита. При эксплуатации происходит изнашивание волок - проволока оставляет отметки на поверхности волоки, и её ремонт становится необходимым. Для определения степени износа волочильного инструмента проводится периодический контроль волок. В мастерской производятся переполировка и ремонт волок. Переполировка включает в себя устранение дефектов, вызванных волочением проволоки в рабочем конусе. Данная процедура возможна только на волоках с незначительным износом. Эта операция может укоротить длину рабочего канала, но рабочий диаметр сохранится [9-13]. Ремонт волоки - это полное восстановление волоки, создание соответствующей геометрии. Он устраняет все дефекты, появившиеся в результате прохода проволоки через волочильный инструмент. Эта операция увеличивает диаметр волоки. Значение необходимого увеличения диаметра волоки зависит от износа и общего состояния волоки. Увеличение диаметра волоки возможно до определенного предела и зависит от износа и общего состояния волоки. Этот предел ограничивается размерами вставки как по высоте, так и по диаметру. При увеличении диаметра вставки необходимо учитывать то, что угол конуса не должен меняться. Диаметр может быть увеличен несколько раз. Максимальное увеличение диаметра каждой вставки для нескольких размеров приведено в табл. 2. Но после нескольких ремонтов вставка становится слишком мала, чтобы удерживать первоначальную геометрию, и такая волока должна быть заменена. Внешний вид волоки со вставкой: 5010, с начальным диаметром 0,429 мм, и углом конуса 18 °С после ремонта представлен на рис. 3. Для расчёта технологического процесса волочения необходимо определить количество волок. Количество волок для проволоки круглого сечения определяется по формуле: (1) где С и a - коэффициенты, зависящие от вида металла и диаметра протягиваемой проволоки. (С = 0,11…0,20, a = 0,01…0,03); d0 и dk - диаметр исходной заготовки и конечный диаметр изделия. В дальнейшем рассчитывается диаметр каждой волоки по формуле: (2) где n - номер промежуточной волоки [14]. Таблица 2 Максимальное увеличение диаметра вставки Самоподдерживающиеся вставки Размер зерна 5 D-6 D-12 D-15 D-18 5010 5015 5025 5035 Размер вставки, мм 3,1×1,0 3,1×1,5 5,2×2,5 5,2×3,5 Максимальный рекомендуемый новый размер волоки, мм 0,5 1,0 1,5 2,0 Максимальный диаметр, мм 0,101-0,400 0,401-0,600 0,601-0,800 0,801-1,000 1,001-1,200 1,201-1,400 1,401-1,600 1,601-1,800 1,801-2,000 2,001-2,200 2,201-2,400 2,401-2,600 2,601-2,800 Рис. 3. Внешний вид волоки до и после ремонта Рассчитывается вытяжка μ по проходам и обжатие δ. Допустимое обжатие заготовки из практических соображений не должно превышать 28 %. Расчёт вытяжки и обжатия производится по формулам (3) и (4) [6-10]: (3) (4) Для расчёта необходимого количества волок (1), которое будет применено при волочении медной проволоки диаметром от 8,0 до 0,20 мм, было использовано две марки оборудования: MSM 85 и ММН 121. На первом агрегате (MSM 85) изделие волочилось до диаметра 1,80 мм, на втором (ММН 121) - от 1,80 до 0,20 мм. Также были просчитаны диаметр каждой волоки (2), вытяжка по проходам (3) и обжатие (4). Проанализировав результаты, полученные при расчёте маршрута волок для двух агрегатов, были составлены следующие номограммы, представленные на рис. 4 и 5. Из них видно, что с увеличением числа волок уменьшается диаметр заготовки. d, мм № волоки Рис. 4. Номограмма расчёта волочения для агрегата MSM 85 d, мм № волоки Рис. 5. Номограмма расчёта волочения для агрегата ММН 121 При выборе материала, из которого будет изготавливаться, а в дальнейшем использоваться волока, необходимо учитывать несколько факторов, один из которых - это фактор износостойкости волоки. Рассчитав исходные данные средней эксплуатационной стойкости волокоотверстий, а также частный и суммарный расход, было вычислено количество алмазных и победитовых волок, которое необходимо использовать для волочения проволоки диаметром от 8,00 до 1,80 мм с годовым выпуском 185 т на агрегате MSM 85. Результаты расчётов приведены в табл. 3. Таблица 3 Количество потребности в волоках на волочильной машине MSM 85 Основной маршрут, мм Алмазные волоки, шт Победитовые волоки, шт Средняя эксплуатационная стойкость волокоотверстий, кг Частичный расход волокоотверстий, шт/т Потребность в волоках, шт., принятое Средняя эксплуатационная стойкость волокоотверстий С1, кг Частичный расход волокоотверстий, шт/т Потребность в волоках, шт., принятое 6,79 20 000 d2 0,00108 1 1000 d2 0,0217 5 5,78 0,0015 1 0,0299 6 4,94 0,00205 1 0,0410 8 4,23 0,00279 1 0,0559 11 3,64 30 000 d2 0,00252 1 0,0755 15 3,14 0,00338 1 0,1014 20 2,72 0,00451 1 0,1352 26 2,37 0,00593 2 0,1780 34 2,06 0,00786 2 0,2356 45 1,8 0,01029 2 0,3086 59 Видно, что потребность в использовании новых победитовых волок горазда выше, чем в алмазных, из-за разницы в стойкости к износу. Износостойкость алмазной волоки в 20-80 раз больше, чем победитовой. Выводы. В процессе волочения при использовании волок необходимо учитывать их материал, постоянно следить за внутренним состоянием волочильного инструмента, а также при необходимости своевременно менять и ремонтировать его. При соблюдении данных условий существенно снизятся экономические затраты. Следует учитывать и то, что на качество поверхности проволоки и износ волок существенно влияет состав волочильной смазки.

Об авторах

Т. В Костыгова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: 2391854@mail.ru

А. А Путилова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: liminor_777@mail.ru

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 27

PDF (Russian) - 30

Ссылки

• Ссылки не определены.